Computational Identification of Sweet Wormwood (Artemisia annua) microRNA and Their mRNA Targets
- 作者
- Alok Pani, Rajani Kanta Mahapatra, Niranjan Behera, Pradeep Kumar Naik
- 单位
- School of Biotechnology, Kalinga Institute of Industrial Technology (KIIT) University, Bhubaneswar, Odisha 751024, India; School of Life Sciences, Sambalpur University, Burla, Odisha 768019, India; Department of Biotechnology & Bioinformatics, Jaypee University of Information Technology, Solan, Himachal Pradesh 173215, India
- 杂志
- Genomics Proteomics Bioinformatics（2011）
- DOI
- 10.1016/S1672-0229(11)60023-5
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
青蒿素在黄花蒿中含量低（0.01%-0.8%干重），限制其商业化，需要理解青蒿素生物合成途径的miRNA调控机制。
研究策略
利用已知的拟南芥和水稻miRNA对黄花蒿EST数据库进行同源搜索，预测黄花蒿中的miRNA及其mRNA靶标。
核心内容
该研究通过计算手段系统预测了黄花蒿中的microRNA及其靶基因，旨在揭示miRNA对青蒿素生物合成途径的潜在调控机制。作者利用已知的拟南芥和水稻miRNA序列，对黄花蒿EST数据库进行同源搜索，共鉴定出6个潜在miRNA，分属miR414和miR1310家族，其前体长度为80至150个核苷酸，MFEI值介于0.41至0.87之间。进一步预测出8个靶基因，其中7个编码青蒿素生物合成相关酶，包括HMGR、ADS、FPS及细胞色素P450等，另1个编码AINTEGUMENTA转录因子。这一结果表明miRNA可能通过靶向多个关键酶基因参与青蒿素合成的层级调控。值得注意的是，背景数据显示下调SQS可使青蒿素产量增加3倍，而工程酵母中青蒿酸产量可达100 mg/L，提示代谢调控与工程改造具有协同潜力。该研究首次在黄花蒿中描绘出miRNA介导的调控网络雏形，为后续实验验证及基于miRNA策略的青蒿素代谢工程改良奠定了理论基础。
创新点
首次通过计算预测表明miRNA靶向青蒿素生物合成途径中的酶编码基因，为理解青蒿素生物合成的miRNA介导调控提供新见解。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成途径 | FPS | 法尼基焦磷酸合酶 | 催化 | miR414（EY082442）的靶基因，催化FDP合成 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成途径 | ADS | 紫穗槐-4,11-二烯合酶 | 催化 | miR414（EY083764）的靶基因，催化FDP环化形成紫穗槐二烯 |
| Artemisia annua | 甲羟戊酸途径 | HMGR | HMG-CoA还原酶 | 催化 | miR414（EY082442）的靶基因，甲羟戊酸途径限速酶 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成途径 | CYP | 细胞色素P450（类黄酮3'-羟化酶） | 催化 | miR414（EY082442和EY064998）的靶基因，参与氧化还原 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成途径 | SQC | 倍半萜环化酶（推定） | 催化 | miR414（EY057163）的靶基因，具有裂解酶活性 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成途径 | EPS | 表-雪松醇合酶 | 催化 | miR1310（EY057327）的靶基因，催化FDP转化为8-表雪松醇 |
| Artemisia annua | 信号转导与发育 | AINTEGUMENTA | 推定AINTEGUMENTA转录因子 | 调控 | miR414（EY107691）的靶基因，参与花器官发育 |
关键发现
- 共预测到6个潜在miRNA，属于miR414和miR1310家族
- 预测到8个潜在靶基因，其中7个编码青蒿素生物合成相关酶（HMGR、ADS、FPS、细胞色素P450等），1个编码AINTEGUMENTA转录因子
- miRNA前体长度80-150nt，MFEI值0.41-0.87
- 背景中青蒿素含量0.01%-0.8%
- 下调SQS使青蒿素产量增加3倍
- 工程酵母产青蒿酸达100mg/L。
研究结论
本研究首次在黄花蒿中计算鉴定出6个保守miRNA和8个靶基因，多数靶基因编码青蒿素生物合成途径相关酶，提示miRNA可能参与青蒿素生物合成的调控，为后续实验验证和代谢工程改良提供了理论基础。